Zeestervoetjes maken hun eigen beslissingen: hoe zeesterren ‘lopen’ zonder brein

Een zeester heeft geen centraal brein. Toch kan hij kruipen, klimmen en zelfs ondersteboven ‘lopen’. Onderzoekers van de University of Southern California (USC) laten nu zien hoe dat kan: elk buisvoetje maakt zijn eigen beslissingen.

Zeesterren bewegen met honderden kleine buisvoetjes aan de onderkant van hun lichaam. Die voetjes hechten zich vast aan de ondergrond en laten daarna weer los. Volgens de onderzoekers werkt de zeester daarvoor met lokale feedback: elk buisvoetje ‘voelt’ hoeveel kracht erop staat en past daar zijn gedrag op aan. Zo ontstaat er toch een soort samenwerking, ook al is er geen centrale besturing die alles aanstuurt. Het onderzoek verscheen in het tijdschrift PNAS.

Speciale rugzak

“We begonnen het onderzoek naar zeesterren samen met het McHenry Lab en met biologen van de University of Mons in België,” zegt hoofdonderzoeker Eva Kanso. “Samen maakten we een speciale ‘rugzak’ voor de zeester. Door die rugzak af en toe te verzwaren en daarna weer lichter te maken, konden we meten hoe de voetjes reageerden op extra gewicht.”

Leestip: Dit is waarom miljarden zeesterren sterven in de oceaan

Om dat goed te kunnen zien gebruikten de onderzoekers een optische meetmethode die gebaseerd is op een techniek die FTIR heet. Daarmee kun je in real time bekijken waar de buisvoetjes het oppervlak raken en hoelang ze blijven plakken. De metingen deden ze bij de soort Asterias rubens, bij dieren van verschillende grootte. Zo kregen ze een gedetailleerd beeld van wat elk afzonderlijk buisvoetje doet tijdens het lopen.

Eigen beslissing

De resultaten waren duidelijk. Er bleek een verband te bestaan tussen snelheid en de ‘plaktijd’ van de voetjes: als de zeester sneller kruipt, blijven de buisvoetjes gemiddeld korter vastzitten. En als de belasting groter wordt, doen de voetjes juist het tegenovergestelde. In de experimenten maakten de onderzoekers de zeester 25 procent en 50 procent zwaarder met de rugzak. Bij die extra last bleven de buisvoetjes langer aan de ondergrond vastzitten.

“We dachten al vanaf het begin dat zeesterren lopen via een verdeelde besturing,” zegt Kanso. “Elk buisvoetje neemt lokaal een beslissing over vastpakken of loslaten op basis van mechanische signalen, en niet omdat er een centraal ‘commandocentrum’ is dat alles regelt.”

Bij USC bouwde het team ook een wiskundig model dat de manier van lopen verder kan verklaren. “We ontwikkelden een model dat laat zien hoe eenvoudige lokale regels, gekoppeld via de mechanica van het lichaam, kunnen zorgen voor gecoördineerde voortbeweging van het hele dier,” zegt Kanso.

Ondersteboven

Daarna draaiden de onderzoekers de zeester ondersteboven. Bij mensen zou het brein meteen merken dat je ondersteboven hangt en op basis daarvan beslissingen nemen. Een zeester heeft echter geen centraal orgaan dat dit kan herkennen. Toch bleef het dier normaal bewegen. “We deden ook experimenten waarbij we de zeester omdraaiden,” vertelt Kanso. “De bouw van de buisvoetjes maakt het mogelijk dat de zeester gewoon door kan gaan.” Tijdens de test zagen de onderzoekers dat de buisvoetjes hun contactgedrag veranderen als de zeester ondersteboven is.

Die manier van voortbewegen heeft een groot voordeel: het is robuust. Als een paar buisvoetjes even niet goed werken blijft het lichaam toch bewegen. In het onderzoek noemen de wetenschappers dat een vorm van veerkracht. En dat is mogelijk héél interessant voor de ontwikkeling van nieuwe robots.

Momenteel zie je vaak dat een robot een soort van ‘centrale computer’ heeft die alles aanstuurt, net zoals een mens dat min of meer heeft. Veel bedrijven willen echter een robot ontwikkelen die niet zo’n centrale rekenkamer heeft. Voor zulke robots biedt het onderzoek nu een antwoord: door een ‘deken’ van voetjes te maken die allemaal hun eigen beslissing nemen zou het geheel toch vooruit kunnen komen. Volgens de onderzoekers zijn de resultaten vooral relevant voor zachte robots die zich vooral in omgevingen zullen bevinden waar ze niet constant aangestuurd kunnen worden.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Deze zeester amputeert gewoon zijn eigen arm als er gevaar dreigt – en daar kunnen wij ook wat van leren en Ademende knuffelrobot laat zien hoe besmettelijk angst is . Of lees dit artikel: Zeester perst vreemd object door huid naar buiten .

Schrijf je in voor de nieuwsbrief!
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: